Una sustitución no sinónima es una mutación de nucleótidos que altera la secuencia de aminoácidos de una proteína . Las sustituciones no sinónimas se diferencian de las sustituciones sinónimas , que no alteran las secuencias de aminoácidos y son (a veces) mutaciones silenciosas . Como las sustituciones no sinónimas dan como resultado un cambio biológico en el organismo, están sujetas a la selección natural .
Las sustituciones no sinónimas en un determinado lugar se pueden comparar con las sustituciones sinónimas en el mismo lugar para obtener la relación K a /K s . Esta relación se utiliza para medir la tasa evolutiva de secuencias de genes. [1] Si un gen tiene niveles más bajos de sustitución de nucleótidos no sinónimos que sinónimos, entonces se puede inferir que es funcional porque una relación K a /K s <1 es un sello distintivo de secuencias que están siendo restringidas a codificar proteínas.
[2] Las sustituciones no sinónimas también se denominan mutaciones de reemplazo .
Hay varios tipos comunes de sustituciones no sinónimas. [3]
Las mutaciones sin sentido son sustituciones no sinónimas que surgen de mutaciones puntuales , mutaciones en un solo nucleótido que resultan en la sustitución de un aminoácido diferente , lo que resulta en un cambio en la proteína codificada.
Las mutaciones sin sentido son sustituciones no sinónimas que surgen cuando una mutación en la secuencia del ADN hace que una proteína termine prematuramente al cambiar el aminoácido original por un codón de terminación . Otro tipo de mutación que se ocupa de los codones de parada se conoce como mutación continua o mutación de lectura continua, que ocurre cuando un codón de parada se intercambia por un codón de aminoácido, lo que hace que la proteína sea más larga de lo especificado. [3]
Los estudios han demostrado que la diversidad entre sustituciones no sinónimas es significativamente menor que entre sustituciones sinónimas. [4] Esto se debe al hecho de que las sustituciones no sinónimas están sujetas a presiones selectivas mucho más altas que las mutaciones sinónimas. [5] Motoo Kimura (1968) determinó que las tasas de mutación calculadas eran imposiblemente altas, a menos que la mayoría de las mutaciones que ocurrieron fueran neutrales o "casi neutrales". [3] Determinó que si esto fuera cierto, la deriva genética sería un factor más poderoso en la evolución molecular que la selección natural. [6] La teoría "casi neutral" propone que la evolución molecular que actúa sobre sustituciones no sinónimas está impulsada por mutaciones, deriva genética y una selección natural muy débil, y que es extremadamente sensible al tamaño de la población. [7] Para determinar si la selección natural está teniendo lugar en un determinado loci, se puede realizar la prueba de McDonald-Kreitman . [8] La prueba consiste en comparar proporciones de genes sinónimos y no sinónimos entre especies estrechamente relacionadas con la proporción de polimorfismos sinónimos y no sinónimos dentro de las especies. Si las proporciones son las mismas, entonces la teoría neutral de la evolución molecular es cierta para esos loci, y la evolución avanza principalmente a través de la deriva genética. Si hay más sustituciones no sinónimas entre especies que dentro de una especie, se está produciendo una selección natural positiva en alelos beneficiosos y se está produciendo una selección natural. [3] Se ha descubierto que las sustituciones no sinónimas son más comunes en loci que involucran resistencia a patógenos, loci reproductivos que involucran competencia de esperma o interacciones óvulo-esperma, y genes que se han replicado y adquirido nuevas funciones, lo que indica que se está produciendo una selección positiva. [3]
Durante muchos años se han realizado investigaciones para modelar con precisión las tasas de mutación. Un artículo reciente de Ziheng Yang y Rasmus Nielsen comparó varios métodos y desarrolló un nuevo método de modelado. Descubrieron que el nuevo método era preferible por sus sesgos más pequeños, que lo hacen útil para la detección a gran escala, pero que el modelo de máxima verosimilitud era preferible en la mayoría de los escenarios debido a su simplicidad y su flexibilidad para comparar múltiples secuencias teniendo en cuenta filogenia. [9]
Investigaciones adicionales realizadas por Yang y Nielsen encontraron que las relaciones de sustitución entre sinónimos y no sinónimos variaban entre loci en diferentes linajes evolutivos. Durante su estudio de los loci nucleares de primates, ungulados pares y roedores, encontraron que la proporción variaba significativamente en 22 de los 48 loci estudiados. Este resultado proporciona una fuerte evidencia contra una teoría estrictamente neutral de la evolución molecular , que afirma que las mutaciones son en su mayoría neutrales o nocivas, y brinda apoyo a teorías que incluyen mutaciones ventajosas. [10]
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